JP2004268147A - 把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな把持力を発生させることなくフィンガ長手方向の拘束力を大きくし、また把持した物体の把持位置を検出し、およびそれらの機能を簡易な要素と構造によって実現する把持装置提供すること。
【解決手段】製品の組立および分解に使用するロボットの把持装置Ａにおいて、フィンガ基盤２と、このフィンガ基盤２に固定されたスリット４ａを有する導電性の板ばね状部材４と、前記フィンガ基盤２に貼付された抵抗体５と、前記抵抗体５を含む回路と、前記板ばね状部材４の電位を計測する計測手段５とを備えたフィンガ１によって構成されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品の組立および分解に使用するロボットの把持装置に関し、より詳しくは、組立および分解のさいに発生する部品の拘束力を大きく取りかつ接触位置を検出してロボットの制御に用いることができる把持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボット等の手先効果器（ロボットハンド）において、把持対象物に対する把持力を大きくし摩擦力による拘束を行うことは知られており（例えば、特許文献１参照）、また、フィンガの把持面に分布型力覚センサを備え、ずれを検出した際には把持力を増加するか、または把持物体の向きを変えて支えるよう制御する技術も提案されており（例えば、特許文献２参照）、さらに、物体の接触位置を正確に検出できる触覚センサも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平２−１８５３８９号公報
【特許文献２】特開平７−１８６０８３号公報
【特許文献３】特開平６ー１８２１６号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ロボット等の手先効果器（ロボットハンド）によって把持対象物を把持し搬送および組立をするためには、把持対象物に外力（重力、慣性力を含む）が加わったさいにも位置ずれを起こさないよう確実に把持する必要がある。そのため通常は把持対象物に対する把持力を大きくし摩擦力による拘束を行う。
また、位置ずれを起こして把持してしまった場合に備えて触覚センサを設け、把持対象物の接触位置を測定してこれに対処する場合もある、例えば、特許文献１のロボットハンドでは、フィンガの対向面に碁盤目状にスリーブピンを備えたロボットハンドを提供している。
これによれば、任意の形状の部品を把持することが可能であり、把持した部品に過大な力が加わった際にもピンによる拘束により位置ずれを起こさない。しかしながら、構造が複雑なため高価となることやメンテナンス性が悪くなることなどが伴う。また、部品の接触位置を検出することはできず、フィンガのどの位置で把持したかはわからないため、何らかの手段でこれを知ることができなければ、ロボットによる挿入作業などを行うことはできない。
【０００４】
特許文献２のロボットハンドの把持制御方法では、フィンガの把持面に分布型力覚センサを備え、ずれを検出した際には把持力を増加するか、または把持物体の向きを変えて支えるよう制御する技術が提供されている。これによれば、必要最小限の把持力で物体を把持することができる。
しかしながらフィンガの把持面に平行な方向の拘束力は、把持面と物体との摩擦に依存している。そのため拘束力を大きくするためには把持力を大きくする必要があるが、その結果過大な力を把持物体に加えることになる。
剛性の高い物体を把持対象としてもＦ＝μＮ（Ｆ：拘束力、Ｎ：把持力、μ：摩擦係数）で求まる拘束力以上には大きくはできない。また、フィンガ面で物体を支持するために把持物体の向きを変えてしまっては、任意の向きに物体を向けられないので場合によっては組立や分解などの作業ができないなどの不都合が生じ得る。
特許文献３の触覚センサでは、物体の接触位置を正確に検出できる触覚センサが提供されている。これによれば、半導体位置検出器による接触位置の検出ができるものとなる。
しかし、上記特許文献２と同様に、物体との接触は弾性シートによるものなので拘束力は弾性シートの摩擦係数と把持力に依存し大きくとれない。また、ＣＣＤや導光路、光源などを備えなければならず複雑で高価なものとなる。
さらに、スライド式チャックおよびその把持方法に関しても研究され、把持物体の平面的な形状認識は行っているが、フィンガ（フィンガ）の長手方向での把持位置の認識は行っていなかった。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、大きな把持力を発生させることなくフィンガ長手方向の拘束力を大きくし、また把持した物体の把持位置を検出し、およびそれらの機能を簡易な要素と構造によって実現する把持装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、製品の組立および分解に使用するロボットの把持装置において、フィンガ基盤と、このフィンガ基盤に固定されたスリットを有する導電性の板ばね状部材と、前記フィンガ基盤に貼付された抵抗体と、前記抵抗体を含む回路と、前記板ばね状部材の電位を計測する計測手段とを備えたフィンガによって構成される把持装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記フィンガを薄膜弾性体によって覆った請求項１記載の把持装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記板ばね状部材を金属製板ばねによって構成する請求項１記載の把持装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記板ばね状部材を、内側に導電膜を塗布した成形プラスチックとする請求項１記載の把持装置を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記板ばね状部材を、内側に導電ゴムを貼付した金属製板ばねとする請求項１または３のいずれか１項記載の把持装置を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、前記板バネ状部材を、内側に導電ゴムを貼付した成形プラスチックとする請求項１または３のいずれか１項記載の把持装置を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記抵抗体をペースト状抵抗体とする請求項１記載の把持装置を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記フィンガを平行に２本対向配置し、各々のフィンガの位置を検出するセンサを備えた請求項１記載の把持装置を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、前記フィンガを互いに角度１２０度の間隔で３本配置し、各々のフィンガの位置を検出するセンサを備えた請求項１記載の把持装置を主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、前記２本フィンガを裏面同士で貼り合わせて一体の構造とした請求項１記載の把持装置を主要な特徴とする。
請求項１１記載の発明では、前記フィンガを多関節ハンドのリンクとして構成した請求項１記載の把持装置を主要な特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による把持装置の第１の実施の形態の全体を示す概略斜視図である。図２は本発明による把持装置の第２の実施の形態の全体を示す概略斜視図である。
図１において把持装置Ａは２本のフィンガ１およびリニアセンサ２を備えている。図２において把持装置Ａは３本のフィンガ１およびリニアセンサ２を備えている。
図３は図１および図２の本発明による把持装置のフィンガを示す概略斜視図である。図４は図３のフィンガの正面断面図である。図３において把持装置Ａのフィンガ１にはフィンガ基盤３にスリット４ａの入った板ばね状部材４がフィンガ１裏面（把持対象物と接触しない面）で固定されている。
フィンガ基盤３の表面（把持対象物と接触する面）に抵抗体５と導電体６からなる回路がフィンガ基盤３の長手方向（図１におけるＺ方向）に形成されている。導電体６はフィンガ基盤３上の絶縁体１３、導電体６を取り囲む絶縁膜１４によって絶縁されている。
【０００７】
図５は抵抗体と板ばねからなる電気回路を示す概略図である。図５においてこの電気回路は図３および図４に示される板ばね状部材４および抵抗体５によって形成される。
スリット４ａを有する板ばね状部材４はリン青銅など導電性のある金属にて製作することにより、少量でも簡易に製作することができる。大量に生産する場合はプラスチックを成形して内側に金属膜を塗布することでコストを安く製作することができる。
図６はフィンガの第１の変形例を示す図４に対応する正面断面図である。図６のフィンガにおいて、金属またはプラスチックから成る板ばね状部材４の内側に導電ゴム１５を貼り付けることもできる。この場合、接触面積が大きくなるため接触性が良くなりチャタリングやノイズの影響を低く抑えることができる。
抵抗体５はペースト状の抵抗体をロボットディスペンサによって塗布することにより、少量でも低いコストにて生産することができる。大量に生産する場合は印刷による形成がよい。
図７は２本のフィンガを備えた把持装置が物体を把持している状態を示す正面図である。図８は図７の把持装置の左側面図である。板ばね状部材４はスリット４ａを設けているため、把持物体７で加圧された部分のみが変形してフィンガ基盤３に接触する。変形した部分と隣接する変形していない部分の端縁により物体を確実に拘束することができる。
図９は電位読み取りを示す図５の電気回路である。この状態では図７に示すＺ軸方向（フィンガ１の長手方向）は板ばねの剛性が高いために物体７の拘束力が大きく働く。また、この際に図５に示した電気回路は図９に示す状態となり、Ｂ部の電位を読み取ることで把持物体７の位置を検出することができる。
図１に戻って、２本のフィンガ１を備えた把持装置Ａは、平行面をもった物体７を把持することができるものである。各々のフィンガ１の位置をリニアセンサ２により検出する機能を設けている。
【０００８】
図１０は把持対象物がＹ軸において傾いて把持された場合の傾き角を演算するための装置を示す概略図である。図において、把持装置Ａのフィンガ１は傾斜して把持物体７を把持している。フィンガ１はロボット制御装置８からフィンガ駆動ドライバ９を介してフィンガ駆動力を付与される。
ＡＤ変換装置１０および演算装置１１を介して把持物体７のフィンガ１に接触した位置とフィンガ１の位置の検出結果より把持物体７のＺ方向の位置と、把持対象物がＹ軸において傾いて把持された場合の傾き角を演算により検出することができる（図１０、下記式１参照）。その演算結果を、ロボット制御装置８に送ることによって、把持物体７の位置姿勢の制御をすることができる。
Ｚ＝（Ｚ１＋Ｚ２）／２
θ＝ａｒｃｔａｎ（ΔＺ／ΔＸ）
ΔＺ＝Ｚ１−２ （式１）
その演算結果を、ロボット制御装置８に送ることによって、図１０で同時に示すロボット１２が作動し、把持装置Ａ’によって把持した物体７の位置姿勢の制御をすることができる。
図２に戻って、３本のフィンガを備えた把持装置Ａは、これによって、把持物体７を３点支持にて安定した姿勢で把持することができる。そのさい、把持した物体７の各々のフィンガ１との接触位置とフィンガ１の位置から把持対象物のＺ方向の位置や把持物体７の面の傾きを演算により求めることができる。
【０００９】
図１１はフィンガの第２の変形例を示す正面図である。図１２は図１１のフィンガの左側面図である。これらの図において２本のフィンガ１はそれらの裏面同士を合わせて１本のフィンガとすることもできる。これにより、把持対象物の内側から把持する場合にも対応することができる。
図１３はフィンガの第３の変形例を示す正面図である。図１４は図１３のフィンガの左側面図である。また、板ばね状部材４のエッジによって把持対象物を傷つける恐れがある場合、薄いゴムシート１６（ポリ塩化ビニルやクロロプレンゴム等）によってフィンガ１を覆うことで傷付きを防止することができる。
図１５はフィンガの第４の変形例を示す正面図である。図１５において、フィンガ１ａは多関節ハンドに用いられ、それによって包み込み把持をすることができるので、弱い把持力でも強い拘束力が出るロボットハンドを製作することができる。また、位置検出機能により、把持対象物の姿勢を推定するために用いることもできる。
本発明による把持装置は、上記のロボットの把持装置としてではなく、物体を把持するための他のチャック手段、工作機械の部品固定装置等の把持手段としても利用可能である。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、本発明による把持装置により物体を把持すると、物体と接触した部分の板ばね状部材が変形し、そのさい物体にフィンガ長手方向の力が加わったさいには隣接した変形していない板ばね状部材の側面（端縁）に力が加わることとなる。
板ばね状部材はこの方向には剛性が高いことから拘束力が大きくなり、さらに板ばね状部材を導電性のものとし、フィンガ基盤上に抵抗体を含む回路を形成することによって、把持物体の接触部分で板ばねが抵抗体に接触し、これを電圧信号として検出することにより把持物体の位置が検出可能となる。
これにより把持装置において、大きな把持力を発生させることなくフィンガ長手方向の拘束力を大きくすること、また把持した物体の把持位置を検出すること、さらにそれらの機能を簡易な要素と構造によって実現することができる。
請求項２によれば、フィンガを薄膜弾性体によって覆うことによって、スリットのエッジに物体が接触して傷が付くのを防ぐことができ、これにより、把持対象物に傷を付けにくくすることができる。
請求項３によれば、スリットを有する板ばね状部材を金属製板ばねとすると、少量生産の場合にもレーザＮＣ加工、折り曲げ、接着によって簡単な工程で安価に生産することができ、これにより、把持装置が安価に製造可能な構成となる。請求項４によれば、スリットを有する板ばね状部材を内側に導電膜を塗布した成型プラスチック製とすると、大量生産がし易く効率よく安価に生産することができ、これにより、把持装置が安価に製造可能な構成となる。
【００１１】
請求項５によれば、スリットを有する板ばね状部材を、内側に導電ゴムを貼付した金属製板ばねとすることにより、抵抗体に対する接触面積を大きくすることができるので、チャタリングやノイズの発生を抑制することができ、その結果電気回路の接点の接触が確実なものとなる。
請求項６によれば、スリットを有する板ばね状部材を、内側に導電ゴムを貼付した成形プラスチックとすることにより、抵抗体に対する接触面積を大きくすることができるので、チャタリングやノイズの発生を抑制することができ、その結果電気回路の接点の接触が確実なものとなる。
請求項７によれば、抵抗体をペースト状抵抗膜とすることによって、ロボットディスペンサにより簡単に製作することができる。
請求項８によれば、フィンガを平行に２本対向配置することにより、平行面を持つ物体を把持し、２本のフィンガの物体接触位置の差とフィンガの位置から物体の１軸方向の傾きを検出できる。
請求項９によれば、フィンガを互いに角度１２０度の間隔で３本配置することによって、物体を３点支持することができ安定的に把持することができ、なおかつ３本のフィンガの各々の物体との接触位置とフィンガの位置から物体の面の傾きを演算により求めることができる。
請求項１０によれば、フィンガを多関節ハンドのリンクとして構成することができる。
請求項１１によれば、フィンガを多関節ハンドのリンクとして構成することにより、物体を包み込むように把持することで安定に物体を把持することができ、なおかつスリットによる拘束力の増大や位置検出機能により、把持物体の姿勢を演算により求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による把持装置の第１の実施の形態の全体を示す概略斜視図である。
【図２】本発明による把持装置の第２の実施の形態の全体を示す概略斜視図である。
【図３】図１および図２の本発明による把持装置のフィンガを示す概略斜視図である。
【図４】図３のフィンガの正面断面図である。
【図５】抵抗体と板ばねからなる電気回路を示す概略図である。
【図６】フィンガの第１の変形例を示す図４に対応する正面断面図である。
【図７】２本のフィンガを備えた把持装置が物体を把持している状態を示す正面図である。
【図８】図７の把持装置の左側面図である。
【図９】電位読み取りを示す図５の電気回路である。
【図１０】把持対象物がＹ軸において傾いて把持された場合の傾き角を演算するための装置を示す概略図である。
【図１１】フィンガの第２の変形例を示す正面図である。
【図１２】図１１のフィンガの左側面図である。
【図１３】フィンガの第３の変形例を示す正面図である。
【図１４】図１３のフィンガの左側面図である。
【図１５】フィンガの第４の変形例を示す正面図である。
【符号の説明】
Ａ 把持装置、１ フィンガ、１ａ 多関節ハンドリンク、２ リニアセンサ、３ フィンガ基盤、４ 板ばね状部材、４ａ スリット、５ 抵抗体（計測手段）、６ 導電体、７ 物体（把持物体、把持対象物）、１５ 導電ゴム、１６薄膜弾性体（薄いゴムシート）

Claims (11)

1. 製品の組立および分解に使用するロボットの把持装置において、フィンガ基盤と、このフィンガ基盤に固定されたスリットを有する導電性の板ばね状部材と、前記フィンガ基盤に貼付された抵抗体と、前記抵抗体を含む回路と、前記板ばね状部材の電位を計測する計測手段と、を備えたフィンガによって構成されることを特徴とする把持装置。
2. 前記フィンガを薄膜弾性体によって覆ったことを特徴とする請求項１記載の把持装置。
3. 前記板ばね状部材を金属製板ばねによって構成することを特徴とする請求項１記載の把持装置。
4. 前記板ばね状部材を、内側に導電膜を塗布した成形プラスチックとすることを特徴とする請求項１記載の把持装置。
5. 前記板ばね状部材を、内側に導電ゴムを貼付した金属製板ばねとすることを特徴とする請求項１または３のいずれか１項記載の把持装置。
6. 前記板バネ状部材を、内側に導電ゴムを貼付した成形プラスチックとすることを特徴とする請求項１または３のいずれか１項記載の把持装置。
7. 前記抵抗体をペースト状抵抗体とすることを特徴とする請求項１記載の把持装置。
8. 前記フィンガを平行に２本対向配置し、各々のフィンガの位置を検出するセンサを備えたことを特徴とする請求項１記載の把持装置。
9. 前記フィンガを互いに角度１２０度の間隔で３本配置し、各々のフィンガの位置を検出するセンサを備えたことを特徴とする請求項１記載の把持装置。
10. 前記２本フィンガを裏面同士で貼り合わせて一体の構造としたことを特徴とする請求項１記載の把持装置。
11. 前記フィンガを多関節ハンドのリンクとして構成したことを特徴とする請求項１記載の把持装置。

Images